無塵車間內熱管低溫熱能回收機組應用于空調新風機組的效率

此文讓我們了解將熱管熱泵低溫熱能回收機組應用于無塵車間工程中空調新風機組，充分利用建筑物的排風預熱新風，從而可以較好地提高新風機組入口的新風溫度，有效地延長了新風機組在整個采暖期的運行時間，解決熱泵機組、新風機組在嚴寒地區冬季運行的凍損問題，保證了良好的室內空氣品質。

1 熱管熱泵低溫熱能回收機組原理熱泵實質上是一種能源提升裝置，它以消耗一部分高位能（機械能、電能或高溫熱能等）為補償，通過熱力循環，把環境介質（水、空氣、土壤）中貯存的不能直接利用的低位能量轉換為可以利用的高位能。熱管式熱交換器是一種借助工質的相變進行熱傳遞的換熱元件^[2]。利用建筑內部熱量的手段稱為“熱回收”^[3]。本實驗是通過熱管熱泵聯合運行來實現熱能回收。

熱管熱泵低溫熱能回收機組工作原理如圖1所示，包括熱管 12、翅片管蒸發器 2、四通換向閥5、翅片管冷凝器 3、節流裝置 4、壓縮機 1 組合成的熱管熱泵低溫熱能回收機組，1 與空調房間相連通的新風系統XF及排風系統PF，置于排風管道PF 內的熱管的蒸發段、翅片式蒸發器和排風機組成排風通道系統；置 2于新風管道XF 內的熱管的冷凝段、新風機和翅片式冷凝器組成新風送風通道系統。在冬季，采用熱管的冷凝段對新風進行預熱，之后通過冷凝器3對引入室內的新風進行二次加熱，避免了冬季運行時，室外寒冷空氣對傳統新風機組中水加熱盤管的凍損；將建筑排風（或預混室外空氣）作為熱管蒸發段和蒸發器2的換熱介質，兩次回收建筑排風熱量，實現熱回收作用；節約能量的同時可以提高熱管熱泵低溫熱；回收機組在嚴寒地區冬季運行的性能。該機組避免了新風與建筑排風交叉污染的現象，保證了嚴寒地區冬季建筑室內空氣品質。避免嚴寒地區冬季低溫凍損盤管的現象。與以往熱泵機組或熱管單獨運行相比運行效率大大提高。夏季在室外環境溫度較高的狀態下，需將室外高溫空氣處理到低溫狀態。此時，新風通道側換熱器3為蒸發器，排風通道側換

熱器 2 為冷凝器，電動閥 9 開啟，機組按照制冷循環運行，該機組可以實現空調功能。將室外高溫空氣通過熱管的蒸發段和翅片管蒸發器3分別進行熱交換，對室外空氣進行冷卻處理后送入空調房間；空調房間內的排風通過冷凝段和翅片管冷凝器2 分別進行熱交換，吸熱后排出室外。本裝置充分地回收室內空氣冷量，實現冷量回收功能。

2 熱管熱泵低溫熱能回收機組的實驗結果與分析

本實驗是在2009年―2010年冬季供暖工況下進行的。對所測結果的分析選取整個系統測試期間進行研究，分析熱管熱泵低溫熱能回收機組的供熱工作性能，對熱管熱泵低溫熱能回收機組在整個供熱測試期間每天的供熱工作性能并對結果進行分析。找出熱管熱泵低溫熱能回收機組的節能優越性所在。2.1 測試期間系統的運行結果與分析本課題選擇在東北最冷季節進行實驗，為了使實驗結果更具有參考性，實驗在理論分析的基礎上使熱管熱泵低溫熱能回收機組連續運行 20 天，并對這20 天實驗數據進行整理，從中選出具有代表性的 12 天的實驗數據進行分析總結。

2.1.1 熱管熱泵低溫熱能回收機組運行期間的溫度變化情況

繪制熱管熱泵低溫熱能回收機組運行期間溫度變化曲線圖如圖 2 所示。從圖中可以看出，系統運行期間，室外溫度在-17.94℃~ -28.98℃之間變化，室外平均氣溫為-22.97℃。送風溫度的變化范圍為 3.72℃~16.53℃，送風平均溫度為 11.35℃。滿足新風預熱要求，并能很好地解決冬季寒冷地區新風機組凍裂的問題，延長在寒冷地區新風機組的運行時間。排風溫度的變化范圍為 -9.01℃~ -18.39℃，平均排風溫度為 -14.71℃。大大降低了排風溫度，有效地回收了排風的熱量。真正起到了節能減排的目的。

2.1.2 熱管熱泵低溫熱能回收機組運行期間回收的熱量

熱管熱泵低溫熱能回收機組對排風的熱量進行二次回收，并對新風進行二次預熱。進而實現用回收的熱量加熱新風，實現節能減排的目的。圖3是系統運行期間各機組的制熱量隨時間的變化情況。從圖中可以看出，熱管熱泵低溫熱能回收機組的制熱量在2.10 kW~2.28 kW之間變化，測試期間平均制熱量為 2.20 kW。熱泵的制熱量在 1.85 kW~2.03kW 之間變化，測試之間平均制熱量為 1.95 kW。熱管的制熱量在0.23 kW~ 0.30 kW 之間變化，測試期間平均制熱量為 0.25 kW。從以上分析可以看出，此系統熱回收效果顯著。

2.1.3 熱管熱泵低溫熱能回收機組運行期間熱回收效率

熱管熱泵低溫熱能回收機組運行期間熱回收效率如圖 4 所示。從圖中可以看出，熱管熱泵低溫熱能回收機組在運行期間的熱回收效率在72%~92%之間變化，平均熱回收效率為 83%，熱回收效果顯著。進一步說明了此設備真正起到了節能減排的目的。應用前景較好。

2.1.4 運行能耗及經濟分析

依據實驗繪制系統運行期間耗電量如圖 5 所示。從圖中可以看出，采用電加熱器為新風加熱每天平均耗電量為0.61 kWh，而采用熱管熱泵低溫熱能回收機組預熱新風每小時平均耗電量為 0.48kWh。可以節省 22% 的運行費用。

3 結論

本文主要論述了實驗的研究原理及根據實驗數據的分析，總結出了熱管熱泵低溫熱能回收機組的運行特征和實際運行效果。通過計算及分析得出：

1）熱管熱泵低溫熱能回收機組運行期間，當室外溫度在-17.94℃~ -28.98℃之間變化，平均氣溫為 -22.97℃。通過此機組可使送風溫度控制在3.72℃~16.53℃之間，平均送風溫度為 11.35℃，滿足新風預熱要求，并能很好地解決冬季寒冷地區新風機組凍裂的問題，延長在寒冷地區新風機組的運行時間。通過此機組排風溫度的變化范圍為-9.01℃~ -18.39℃，平均排風溫度為-14.71℃。大大降低了排風溫度，有效地回收了排風的熱量。真正起到了節能減排的目的。

2 ）熱管熱泵低溫熱能回收機組的制熱量在2.10 kW~2.28 kW 之間變化，測試期間平均制熱量為 2.20 kW。從以上數據可以看出，此系統熱回收效果顯著。

3）采用熱管熱泵低溫熱能回收機組預熱新風每天平均耗電量僅為 0.48 kWh。如采用常規的電加熱器為新風加熱，每天平均耗電量為 0.61 kWh。進而可以節省 22% 的運行費用。

4）熱管熱泵低溫熱能回收機組在運行期間的熱回收效率在 72%~92% 之間，平均熱回收效率可達 83%，熱回收效果顯著。進一步說明了此設備較好地實現了節能減排的目標，具有較好的應用前景。